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moea_joint_essay 114年 [土木] 大地工程學、結構設計

第 二 題

📖 題組:
如【圖 1】所示,有一懸臂式擋土牆,背填土性質:γ1 = 18 kN/m³、φ'1 = 30°、c'1 = 0;底土性質:γ2 = 20 kN/m³、φ'2 = 22°、c'2 = 32 kN/m²;擋土牆之 γc = 24 kN/m³,牆與土壤間之介面係數 κ = 0.5,請回答下列問題(計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入):(2 題,每題 10 分,共 20 分) 參考公式:Ka = cos α * (cos α - √(cos² α - cos² φ')) / (cos α + √(cos² α - cos² φ'))
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

擋土牆抗滑動之安全係數為何?
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利用垂直總力求得抗滑摩擦力及凝聚力提供的抗滑力,除以主動土壓力的水平分力,得到抗滑安全係數。

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底土的性質 $ c'_2 = 32 \text{ kN/m}^2 $,$\phi'_2 = 22^\circ $。 基礎底面之滑動抗力: 黏聚力作用 $ c_a = \kappa c'_2 = 0.5 \times 32 = 16 \text{ kN/m}^2 $

小題 (一)

擋土牆抗傾倒之安全係數為何?
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先計算主動土壓力及其作用位置,再計算擋土牆自重與上方填土重,分別求出抵抗傾倒力矩與傾倒力矩,即可得出抗傾倒安全係數。

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  1. 傾角 $ \alpha = 12^\circ $,摩擦角 $ \phi'_1 = 30^\circ $,利用朗肯主動土壓力係數公式: $$ K_a = \cos 12^\circ \frac{\cos 12^\circ - \sqrt{\cos^2 12^\circ - \cos^2 30^\circ}}{\cos 12^\circ + \sqrt{\cos^2 12^\circ - \cos^2 30^\circ}} \approx 0.9781 \frac{0.9781 - \sqrt{0.9568 - 0.75}}{0.9781 + \sqrt{0.9568 - 0.75}} \approx 0.9781 \frac{0.9781 - 0.4548}{0.9781 + 0.4548} \approx 0.9781 \times 0.3652 \approx 0.357 $$ (註:若考慮背填土斜坡且採用 Rankine 土壓力,傾斜面的主動土壓力 $ P_a $ 方向平行於地表。)